DE102019133043A1 - Circuit board and fluid heater - Google Patents

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DE102019133043A1
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Sebastian Schöneich
Simon Fischer
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DBK David and Baader GmbH
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Abstract

Offenbart sind eine Platine mit einem aus Leiterbahnen gebildeten Heizstrang und ein mit einer derartigen Platine ausgeführter Heizer.Disclosed are a circuit board with a heating strand formed from conductor tracks and a heater designed with such a circuit board.

Description

Die Erfindung betrifft eine Platine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einen mit einer derartigen Platine ausgeführten Fluidheizer.The invention relates to a circuit board according to the preamble of claim 1 and a fluid heater designed with such a circuit board.

Derartige Fluidheizer werden vorzugsweise zum Erwärmen von gasförmigen oder flüssigen Medien, beispielsweise Luft oder Wasser verwendet. Der Grundaufbau dieser Fluidheizer ist beispielsweise in der auf die Anmelderin zurückgehenden Druckschrift DE 10 2016 122 767 A1 erläutert. Dieser zur Erwärmung von Luft ausgeführte Fluidheizer hat ein als Rohrheizkörper ausgeführtes Heizelement, dessen Wärme über einen Wärmetauscher, auch Wärmeverteilelement genannt, auf das zu erwärmende Fluid übertragen wird. Bei dem konkret in der DE 10 2016 122 767 A1 beschriebenen Fluidheizer ist dieses Wärmeverteilelement als Metallschwamm oder Drahtgewebe/Drahtgeflecht ausgebildet, wobei die dadurch gebildeten Poren oder Kanäle von dem Fluid durchströmt werden. Selbstverständlich können auch andere Wärmeverteilelemente, beispielsweise Strangpressprofile oder Wellrippen zum Wärmeaustausch eingesetzt werden. Die Ansteuerung des Heizelementes erfolgt über eine Steuer- und Leistungselektronik, deren Schaltung auf einer Platine/Leiterplatte ausgebildet ist und die in einem Elektronikgehäuse angeordnet ist, das an ein das Heizelement und das Wärmeverteilelement aufnehmendes Gehäuse angesetzt ist. An diesem sind auch ein Zulauf und ein Ablauf für das zu erwärmende Fluid ausgebildet.Such fluid heaters are preferably used for heating gaseous or liquid media, for example air or water. The basic structure of these fluid heaters is for example in the document going back to the applicant DE 10 2016 122 767 A1 explained. This fluid heater designed to heat air has a heating element designed as a tubular heating element, the heat of which is transferred to the fluid to be heated via a heat exchanger, also called a heat distribution element. Specifically in the DE 10 2016 122 767 A1 This heat distribution element is designed as a metal sponge or wire mesh / wire mesh, the pores or channels formed thereby being flowed through by the fluid. Of course, other heat distribution elements, for example extruded profiles or corrugated fins, can also be used for heat exchange. The heating element is activated via control and power electronics, the circuit of which is formed on a circuit board / printed circuit board and which is arranged in an electronics housing that is attached to a housing that accommodates the heating element and the heat distribution element. An inlet and an outlet for the fluid to be heated are also formed on this.

In der Druckschrift DE 10 2012 209 936 A1 ist ein Dickschichtheizer beschrieben, bei dem auf einem Substrat Leiterbahnen durch ein additives Verfahren aufgebracht sind. Diese Leiterbahnen bilden einen Heizwiderstand einer Heizeinrichtung aus.In the pamphlet DE 10 2012 209 936 A1 describes a thick-film heater in which conductor tracks are applied to a substrate using an additive method. These conductor tracks form a heating resistor of a heating device.

In der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden DE 10 2018 106 354 A1 wird vorgeschlagen, auf der Platine angeordnete Leistungshalbleiter als Heizelemente zu verwenden, so dass die beim Betrieb der Leistungshalbleiter entstehende Wärme über ein Wärmeverteilelement auf das zu erwärmende Fluid übertragen wird.In the also going back to the applicant DE 10 2018 106 354 A1 it is proposed to use power semiconductors arranged on the board as heating elements, so that the heat generated during operation of the power semiconductors is transferred to the fluid to be heated via a heat distribution element.

Problematisch bei dieser Lösung ist, dass die über die Leistungshalbleiter erzeugte Wärme mit Bezug zur gesamten Wärmeaustauschfläche nur punktuell erzeugt wird, so dass ein erheblicher Aufwand erforderlich ist, um durch entsprechende Ausgestaltung des Wärmeverteilelementes eine flächige Wärmeübertragung zu ermöglichen. Zudem ist der vorrichtungstechnische Aufwand bei dieser Lösung erheblich, da die Verschaltung der im Wesentlichen zur Heizung verwendeten Leistungshalbleiter gegenüber den herkömmlichen Lösungen mit Rohrheizkörpern oder PTC-Heizelementen komplex und zudem aufgrund des vergleichsweise hohen Preises der Halbleiter auch teuer ist.The problem with this solution is that the heat generated via the power semiconductors is only generated selectively in relation to the entire heat exchange surface, so that considerable effort is required in order to enable two-dimensional heat transfer through a corresponding design of the heat distribution element. In addition, the technical complexity of this solution is considerable, since the interconnection of the power semiconductors, which are essentially used for heating, is complex compared to conventional solutions with tubular heaters or PTC heating elements, and also expensive due to the comparatively high price of the semiconductors.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die mit einer eine Steuer- oder Leistungselektronik ausbildenden Schaltung versehene Platine und einen damit ausgeführten Heizer derart weiterzubilden, dass ein effektives Heizen eines Fluids mit verringertem Aufwand, insbesondere verringertem schaltungstechnischen Aufwand ermöglicht ist.In contrast, the invention is based on the object of developing the circuit board provided with a circuit forming control or power electronics and a heater implemented therewith in such a way that effective heating of a fluid is made possible with less effort, in particular less circuitry effort.

Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Platine durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1 und im Hinblick auf den Heizer durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruches 10 gelöst.This object is achieved with regard to the circuit board by the combination of features of patent claim 1 and with regard to the heater by the features of the independent patent claim 10.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Die erfindungsgemäß ausgeführte Platine/Leiterplatte ist mit zumindest einem Heizstrang ausgeführt, der auf eine vorbestimmte Heizleistung zur Erwärmung eines Fluids ausgelegt ist. Dieser Heizstrang ist durch mittels eines subtraktiven Verfahrens, beispielsweise durch Ätzen geformte Leiterbahnen ausgebildet, deren Querschnitt, Länge und Material entsprechend des für die Heizleistung erforderlichen Heizwiderstandes ausgelegt ist. Das Material ist dementsprechend so ausgewählt, dass es mittels eines subtraktiven Verfahrens, beispielsweise durch Ätzen oder Fräsen, bearbeitbar ist.The circuit board / printed circuit board embodied according to the invention is embodied with at least one heating section which is designed for a predetermined heating power for heating a fluid. This heating strand is formed by means of a subtractive method, for example by etching, the cross-section, length and material of which is designed according to the heating resistance required for the heating output. The material is accordingly selected so that it can be processed by means of a subtractive method, for example by etching or milling.

Erfindungsgemäß ist somit die Platine/Leiterplatte zunächst mit einer aus dem Material der Leiterbahn ausgebildeten durchgängigen Schicht/Lage ausgeführt, von der dann durch Ätzen oder Fräsen die keine Leiterbahn ausbildenden Bereiche entfernt werden.According to the invention, the circuit board / printed circuit board is thus initially designed with a continuous layer / layer formed from the material of the conductor track, from which the areas that do not form a conductor track are then removed by etching or milling.

Eine derartige Lösung ermöglicht es, durch die geeignete Wahl des Querschnittes und der Geometrie des Heizstranges auf einfache Weise eine Anpassung an unterschiedliche Heizleistungen durchzuführen, wobei der schaltungstechnische Aufwand gegenüber der eingangs beschriebenen Lösung mit speziell zum Heizen ausgelegten Leistungshalbleitern erheblich verringert ist. Derartige Leistungshalbleiter sind erfindungsgemäß allenfalls zum Ansteuern bzw. Regeln des Heizkreises erforderlich. Erfindungsgemäß wird somit bei der Bestromung der Leiterbahn der parasitäre Nebeneffekt ausgenutzt, der daraus resultiert, dass sich die Leiterbahnabschnitte durch die Bestromung erwärmen.Such a solution makes it possible, through the suitable choice of the cross section and the geometry of the heating strand, to easily adapt to different heating powers, the circuitry complexity being considerably reduced compared to the solution described above with power semiconductors specially designed for heating. According to the invention, such power semiconductors are at most required for controlling or regulating the heating circuit. According to the invention, the parasitic side effect is thus used when the conductor track is energized, which results from the fact that the conductor track sections heat up as a result of the energization.

Die Platine ist erfindungsgemäß mit einer Wärmeverteilschicht zur Wärmeübertragung auf das Fluid ausgeführt. Diese Wärmeverteilschicht kann beispielsweise als Formteil ausgeführt sein, das in den Schichtaufbau der Platine integriert ist und im Hinblick auf die Fluidführung und Wärmeübertragung optimiert ist. Durch die Integration der Wärmeverteilschicht in den Platinen-/Leiterplattenaufbau ist der vorrichtungstechnische Aufwand gegenüber herkömmlichen Lösungen verringert, bei denen ein gesondertes Wärmeverteilelement, beispielsweise Wärmeaustauschflächen oder dergleichen angesetzt werden müssen.According to the invention, the board is designed with a heat distribution layer for heat transfer to the fluid. This heat distribution layer can be designed, for example, as a molded part that is shown in FIG the layer structure of the board is integrated and optimized with regard to fluid flow and heat transfer. By integrating the heat distribution layer into the circuit board / circuit board structure, the outlay on equipment is reduced compared to conventional solutions in which a separate heat distribution element, for example heat exchange surfaces or the like, has to be attached.

Die Platine wird vorzugsweise als IMS (Insulated Metal Substrate) - Leiterplatte ausgeführt, bei der bereits konzeptionell eine Wärmeverteilschicht integriert ist.The circuit board is preferably designed as an IMS (Insulated Metal Substrate) circuit board in which a heat distribution layer is already conceptually integrated.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass durch die geeignete Flächenerstreckung der Heizstränge/Leiterbahnen eine gleichmäßige Wärmeverteilung zum Erwärmen des Fluids gewährleistet ist.Another essential advantage of the solution according to the invention is that the suitable surface extension of the heating strands / conductor tracks ensures uniform heat distribution for heating the fluid.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zusätzlich zu dem Heizstrang auf der Platine/Leiterplatte eine Steuerschaltung und/oder eine Leistungselektronik ausgebildet, die beispielsweise zur Ansteuerung des Heizstrangs oder sonstiger elektronischer Bauelemente ausgebildet ist.In one embodiment of the invention, a control circuit and / or power electronics are formed in addition to the heating section on the circuit board / circuit board, which control circuit is designed, for example, to control the heating section or other electronic components.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind auf der Platine mehrere Heizstränge ausgebildet, die individuell ansteuerbar sind.According to a preferred exemplary embodiment of the invention, a plurality of heating lines that can be individually controlled are formed on the circuit board.

Jede IMS-Platine kann mehrlagig mit zumindest zwei Funktionslagen ausgeführt sein, in denen jeweils ein Heizelement und/oder die Steuerschaltung und/oder Leistungselektronik ausgebildet sein kann. Demgemäß kann eine Lage der IMS-Platine als Heizelement ausgeführt sein und eine andere Lage eine Steuerschaltung oder Leistungselektronik ausbilden. Selbstverständlich sind auch Mischformen realisierbar, bei denen eine Lage sowohl als Heizelement als auch im Sinne der Ansteuerung von Komponenten wirksam ist. Prinzipiell kann die IMS-Platine auch einlagig ausgeführt sein, wobei diese Lage sowohl die Funktion eines Heizelementes als auch einer Steuerschaltung/Leistungselektronik erfüllt.Each IMS board can be designed in multiple layers with at least two functional layers, in each of which a heating element and / or the control circuit and / or power electronics can be formed. Accordingly, one layer of the IMS board can be designed as a heating element and another layer can form a control circuit or power electronics. Of course, mixed forms can also be implemented in which one layer is effective both as a heating element and in the sense of controlling components. In principle, the IMS board can also have a single layer, this layer fulfilling the function of both a heating element and a control circuit / power electronics.

Die Wärmeübertragung ist weiter verbessert, wenn der Heizstrang zumindest abschnittsweise durch mäanderförmig ausgebildete Leiterbahnen ausgeführt ist. Alternativ können die Leiterbahnen jedoch auch in Parallelanordnung oder dergleichen in Reihe und/oder parallel geschaltet sein.The heat transfer is further improved if the heating section is designed, at least in sections, by meandering conductor tracks. Alternatively, however, the conductor tracks can also be connected in series and / or in parallel in a parallel arrangement or the like.

Die Herstellung der Platine und deren Anschlusselemente ist besonders einfach, wenn letztere und sonstige Funktionselemente durch Umbiegen von Laschen oder Randabschnitten der IMS-Leiterplatte ausgebildet werden. So ist es beispielsweise möglich, einen Leiterbahnendabschnitt zu einem derartigen Randabschnitt zu führen und dann durch dessen Umbiegen eine Kontaktfahne oder dergleichen auszubilden.The production of the circuit board and its connection elements is particularly simple if the latter and other functional elements are formed by bending over tabs or edge sections of the IMS circuit board. For example, it is possible to lead a conductor track end section to such an edge section and then to form a contact tab or the like by bending it over.

Weiterhin ist es möglich, dass in dem umgebogenen Abschnitt zumindest ein Heizstrang ausgebildet ist, der über Abschnitte der Leiterbahn, die über die gebogenen Bereiche hinweg geführt sind, kontaktiert wird. Möglich ist es auch, zumindest einen Heizstrang abschnittsweise im umgebogenen Bereich verlaufen zu lassen.Furthermore, it is possible for at least one heating strand to be formed in the bent-over section, which heating element is contacted via sections of the conductor track that are routed over the bent areas. It is also possible to have at least one heating section run in sections in the bent area.

Der erfindungsgemäße Heizer hat ein mit einer Platine der vorbeschriebenen Bauart ausgeführtes Heizelement.The heater according to the invention has a heating element designed with a circuit board of the type described above.

Die Leiterbahn kann dabei mäanderförmig oder bifilar ausgeführt sein.The conductor track can be designed in a meander shape or bifilar.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Platine einen von dem Fluid durchströmten Fluidkanal oder einen das Fluid aufnehmenden Fluidraum zumindest abschnittsweise begrenzt. D.h. bei einer derartigen Variante bildet die Platine einen Teil des Fluidkanals/Fluidraumes aus. Dieses Konzept, mit einem abschnittsweise von der Platine begrenzten Fluidraum ist Gegenstand einer parallel hinterlegten Patentanmeldung der Anmelderin.It is particularly preferred if the board delimits a fluid channel through which the fluid flows or a fluid space receiving the fluid at least in sections. In other words, in such a variant, the board forms part of the fluid channel / fluid space. This concept, with a fluid space delimited in sections by the board, is the subject of a patent application filed in parallel by the applicant.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine dreidimensionale Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fluidheizers;
  • 2 den Fluidheizer gemäß 1 mit abgenommenen Deckel;
  • 3 eine Prinzipdarstellung einer IMS-Leiterplatte des Fluidheizers gemäß den 1 und 2;
  • 4 eine Detaildarstellung der IMS-Leiterplatte gemäß 3;
  • 5 eine schematische Darstellung des Querschnittes einer derartigen IMS-Leiterplatte;
  • 6 eine Darstellung zur Verdeutlichung der Geometrie zweier Heizstränge einer IMS-Leiterplatte gemäß den 4 und 5;
  • 7 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 1;
  • 8 einen entsprechenden Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Fluidheizers;
  • 9 eine Einzeldarstellung eines Formteils zur Fluidführung in einem erfindungsgemäßen Heizer und
  • 10a, 10b stark schematisierte Darstellungen von Ausführungsbeispielen, bei denen die erfindungsgemäße Platine durch Umbiegen Anschlusselemente und/oder einen Fluidraum ausbildet.
Preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:
  • 1 a three-dimensional representation of a first embodiment of a fluid heater according to the invention;
  • 2 the fluid heater according to 1 with the lid removed;
  • 3rd a schematic diagram of an IMS circuit board of the fluid heater according to FIGS 1 and 2 ;
  • 4th a detailed representation of the IMS circuit board according to 3rd ;
  • 5 a schematic representation of the cross section of such an IMS circuit board;
  • 6th a representation to clarify the geometry of two heating strands of an IMS circuit board according to the 4th and 5 ;
  • 7th a section along the line AA in 1 ;
  • 8th a corresponding section of a further embodiment of a fluid heater;
  • 9 an individual representation of a molded part for fluid guidance in a heater according to the invention and
  • 10a , 10b highly schematic representations of exemplary embodiments in which the circuit board according to the invention forms connection elements and / or a fluid space by bending.

1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fluidheizers 1, beispielsweise eines Hochvoltheizers, der beispielsweise zum Erwärmen von Wasser oder einer sonstigen Flüssigkeit genutzt wird. Der Fluidheizer 1 hat ein mehrteiliges Gehäuse 2 mit einem Mittelteil 4 und einem in der Ansicht gemäß 1 oberen und unteren Deckel 6, 8. Dieses Gehäuse 2 begrenzt einen das zu erwärmende Fluid aufnehmenden Fluidraum, auf den in der Folge noch eingegangen wird. In diesem Fluidraum münden zwei Fluidanschlüsse 10, 12, wobei beispielsweise der Fluidanschluss 10 als Einlass und der Fluidanschluss 12 als Auslass ausgebildet sein kann. Beide Anschlüsse 10, 12 sind an ein das zu erwärmende Fluid führendes Leitungssystem angeschlossen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fluidanschlüsse 10, 12 als Anschlussstutzen am Mittelteil 4 ausgebildet. Selbstverständlich können diese Anschlüsse auch deckelseitig vorgesehen werden. 1 shows a three-dimensional representation of a first embodiment of a fluid heater according to the invention 1 , for example a high-voltage heater that is used, for example, to heat water or another liquid. The fluid heater 1 has a multi-part housing 2 with a middle part 4th and one in the view according to 1 upper and lower lids 6th , 8th . This case 2 delimits a fluid space that receives the fluid to be heated and which will be discussed below. Two fluid connections open into this fluid space 10 , 12th , for example the fluid connection 10 as the inlet and the fluid connection 12th can be designed as an outlet. Both connections 10 , 12th are connected to a line system that carries the fluid to be heated. In the illustrated embodiment, the fluid connections 10 , 12th as a connecting piece on the middle part 4th educated. Of course, these connections can also be provided on the cover side.

Das erfindungsgemäße Gehäuse 2 nimmt des Weiteren noch zumindest eine Platine 14 (siehe 2) auf, die mit zumindest einem Heizkreis zum Erwärmen des Fluids ausgeführt ist und zusätzliche elektronische Bauelemente zur Ansteuerung dieses Heizkreises und sonstiger Heizerkomponenten aufweisen kann. Zur Stromversorgung dieser Steuer- und/oder Leistungselektronik sowie der Elektronikkomponenten ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel am Mittelteil 4 ein Niedervoltstecker 16 und ein Hochvoltstecker 18 ausgebildet, wobei letzterer zur Hochvolt-Spannungsversorgung und der Niedervoltstecker auch zur Signalübertragung dient. Zur Kompensation von im Betrieb auftretenden Druckschwankungen einem die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmenden Elektronikraum ist ein in 1 mit dem Bezugszeichen 20 versehenes Druckausgleichselement vorgesehen. Die Gehäusekomponenten können beispielsweise im Hinblick auf eine EMV-Problematik aus geeignet beschichtetem Kunststoff oder aus einer geeigneten Metalllegierung hergestellt sein.The housing according to the invention 2 also takes at least one circuit board 14th (please refer 2 ), which is designed with at least one heating circuit for heating the fluid and can have additional electronic components for controlling this heating circuit and other heater components. To power these control and / or power electronics and the electronic components, the in 1 illustrated embodiment on the middle part 4th a low-voltage plug 16 and a high-voltage plug 18th formed, the latter being used for high-voltage power supply and the low-voltage plug also for signal transmission. In order to compensate for pressure fluctuations occurring during operation in an electronics compartment accommodating the control and power electronics, an in 1 with the reference number 20th provided pressure compensation element provided. The housing components can be made from suitably coated plastic or from a suitable metal alloy, for example with a view to EMC problems.

2 zeigt das Gehäuse 2 gemäß 1, wobei der obere Deckel 6 abgenommen ist. Man erkennt dann den oben erwähnten Elektronikraum 22, in dem die Platine 14 angeordnet ist, durch die zum einen eine Steuer- und/oder Leistungselektronik und zum anderen die eigentliche Heizung des Fluidheizers 1 ausgebildet sein kann. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Platine 14 mit zwei Heizkreisen 24, 26 ausgebildet, deren konkreter Aufbau später anhand der 3 bis 6 erläutert wird. Gemäß der Darstellung in 2 füllt der Elektronikraum 22 nicht den gesamten Innenraum des Gehäuses 2 aus, sondern wird beispielsweise von einem bei diesem Ausführungsbeispiel etwa L-förmigen Außenraum 28 umgriffen, in dem weitere Komponenten des Fluidheizers, beispielsweise eine Verkabelung aufgenommen sein können. 2 shows the case 2 according to 1 , with the top lid 6th is removed. You can then see the electronics room mentioned above 22nd in which the board 14th is arranged, through which on the one hand a control and / or power electronics and on the other hand the actual heating of the fluid heater 1 can be formed. In the embodiment shown, the board is 14th with two heating circuits 24 , 26th trained, the specific structure of which is later based on the 3rd to 6th is explained. As shown in 2 the electronics room fills 22nd not the entire interior of the case 2 but is, for example, from an approximately L-shaped outer space in this exemplary embodiment 28 encompassed, in which further components of the fluid heater, for example cabling, can be added.

Zwischen dem abgenommenen oberen Deckel 6 und der Platine 14 sowie zwischen dem unteren Deckel 8 und ggf. einer weiteren Platine oder der Platine 14 verbleibt jeweils ein in 2 nicht sichtbarer Freiraum, in dem beispielsweise eine zusätzliche Steuerplatine oder sonstige Komponenten, wie beispielsweise ein Temperatursensor oder dergleichen aufgenommen sein können.Between the removed top cover 6th and the board 14th as well as between the lower lid 8th and possibly another board or the board 14th there remains an in 2 invisible free space in which, for example, an additional control board or other components, such as a temperature sensor or the like, can be accommodated.

In an sich bekannter Weise sind an den in 2 sichtbaren Stirnkanten des Mittelteils 4 Dichtkonturen 30 ausgebildet, die zur Lagefixierung einer Dichtung dienen. Entsprechende Konturen sind auch an dem oberen Deckel 6 und dem unteren Deckel 8 ausgebildet, so dass das Gehäuse 2 fluiddicht geschlossen werden kann. Die Verspannung des Mittelteils 4 mit den beiden Deckeln 6, 8 erfolgt über Schrauben, die in entsprechende Gewindebohrungen 32 des Mittelteils 4 eingeschraubt werden. Selbstverständlich kann anstelle einer derartigen Schraubverbindung das Gehäuse 2 auch stoffschlüssig verbunden werden.In a manner known per se, the in 2 visible front edges of the middle part 4th Sealing contours 30th formed, which are used to fix the position of a seal. Corresponding contours are also on the upper cover 6th and the lower lid 8th formed so that the housing 2 can be closed fluid-tight. The bracing of the middle part 4th with the two lids 6th , 8th takes place using screws that are inserted into corresponding threaded holes 32 of the middle part 4th be screwed in. Of course, instead of such a screw connection, the housing 2 can also be firmly connected.

3 zeigt eine Einzeldarstellung der im Gehäuse 2 aufgenommenen Platine 14. Diese ist als IMS-Platine ausgeführt - der prinzipielle Aufbau derartiger IMS-Platinen 14 wird später anhand 5 erläutert. 3rd shows a single representation of the in the housing 2 recorded board 14th . This is designed as an IMS board - the basic structure of such IMS boards 14th will be based on later 5 explained.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel (siehe auch 4) ist die Platine 14 - wie oben erwähnt - mit den beiden Heizkreisen 24, 26 ausgebildet, wobei der Heizkreis 24 auf eine Heizleistung von beispielsweise 2 KW und der Heizkreis 26 auf eine Heizleistung von beispielsweise 1 KW ausgelegt ist. Die Spannungsversorgung der beiden Heizkreise 24, 26 erfolgt über aus der Platinenebene herausragende Anschlussfahnen 34, 36 (Heizkreis 24) bzw. 38, 40 (Heizkreis 26), wobei das Zu- und Abschalten der im Folgenden noch näher beschriebenen Heizstränge über Schaltelemente 42, 44 erfolgt, die beispielsweise als IGBT-Bausteine ausgeführt sind und Teil der durch die Platine 14 ausgebildeten Schaltung sind. Die Anschlüsse dieser Schaltelemente 42, 44 sind in der Darstellung gemäß 3 mit den Bezugszeichen 46, 48, 50, 52, 53 versehen. Auf der Platine 14 sind gemäß 3 noch weitere Elektronikbauteile 54, 56 der Steuer- und/oder Leistungselektronik ausgeführt. Prinzipiell kann in die durch die Platine 14 realisierte Schaltung auch ein Sensor zur Erfassung der Fluidtemperatur integriert sein.In the illustrated embodiment (see also 4th ) is the circuit board 14th - as mentioned above - with the two heating circuits 24 , 26th formed, the heating circuit 24 to a heating power of, for example, 2 KW and the heating circuit 26th is designed for a heating power of, for example, 1 KW. The power supply for the two heating circuits 24 , 26th takes place via terminal lugs protruding from the board level 34 , 36 (Heating circuit 24 ) or 38, 40 (heating circuit 26th ), whereby the switching on and off of the heating lines described in more detail below via switching elements 42 , 44 takes place, which are designed for example as IGBT modules and part of the board 14th trained circuit are. The connections of these switching elements 42 , 44 are shown in accordance with 3rd with the reference numerals 46 , 48 , 50 , 52 , 53 Mistake. On the board 14th are according to 3rd even more electronic components 54 , 56 the control and / or power electronics executed. In principle, it can go through the board 14th implemented circuit, a sensor for detecting the fluid temperature can also be integrated.

Die beschriebenen Komponenten sitzen - wie vorstehend erläutert - auf der Platine 14, so dass deren Verlustleistung ebenfalls an das Fluid in Form von Wärme an das Fluid abgegeben wird. Eine derartige Lösung, bei der die elektronischen Bauelemente, beispielsweise Halbleiterbauelemente als Heizelemente ausgelegt sind, ist in der eingangs beschriebenen DE 10 2018 106 354 A1 erläutert. Im Unterschied zu dieser Lösung sind durch Leiterbahnen gebildeten Heizstränge der beiden Heizkreise 24, 26 im Hinblick auf die zu übertragende Heizleistung ausgelegt. Wie eingangs erläutert, ist die erfindungsgemäße Platine jedoch nicht auf ein Ausführungsbeispiel beschränkt, bei der die Leiterbahnen gemeinsam mit Steuerelementen und/oder einer Leistungselektronik vorgesehen sind - prinzipiell reicht es aus, wenn auf der Platine 14 lediglich ein durch zumindest eine Leiterbahn gebildeter Heizstrang ausgeführt ist, der im Hinblick auf das Aufheizen eines Fluids ausgelegt ist.The components described are located - as explained above - on the circuit board 14th so that their power loss is also given off to the fluid in the form of heat to the fluid. Such a solution, in which the electronic components, for example semiconductor components, are designed as heating elements, is described in the introduction DE 10 2018 106 354 A1 explained. In contrast to this solution, the heating lines of the two heating circuits are formed by conductor tracks 24 , 26th designed with regard to the heat output to be transferred. As explained at the beginning, the circuit board according to the invention is not limited to an exemplary embodiment in which the conductor tracks are provided together with control elements and / or power electronics - in principle it is sufficient if on the circuit board 14th only one heating section formed by at least one conductor track is designed, which is designed with a view to heating a fluid.

4 zeigt den mit den vorgenannten elektronischen Bauelementen belegten Bereich der Platine 14 aus 3 in einer Detailansicht. Man erkennt in dieser Darstellung recht deutlich, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die beiden Heizkreise 24, 26 - wie vorstehend erwähnt - durch aus Leiterbahnen gebildete Heizstränge 58, 60 realisiert sind, wobei die Leiterbahnen jeweils mäanderförmig auf der Platine 14 ausgebildet sind. Dies wird später anhand 6 verdeutlicht. 4th shows the area of the circuit board occupied by the aforementioned electronic components 14th out 3rd in a detailed view. It can be seen quite clearly in this illustration that in this exemplary embodiment the two heating circuits 24 , 26th - as mentioned above - by heating strands formed from conductor tracks 58 , 60 are realized, the conductor tracks each meandering on the board 14th are trained. This will be based on later 6th made clear.

Wie eingangs erwähnt, ist die Platine 14 als IMS-Platine ausgeführt. Diese hat gemäß 5 in an sich bekannter Weise eine Wärmeverteilschicht 62, die üblicher Weise aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder Kupfer besteht und deren Schichtdicke zwischen 0,3 mm und 10 mm variieren kann. Als Standard hat sich eine Schichtdicke von etwa 1,5 mm durchgesetzt.As mentioned at the beginning, the board is 14th designed as an IMS board. This has according to 5 a heat distribution layer in a manner known per se 62 , which usually consists of a metal, for example aluminum or copper, and whose layer thickness can vary between 0.3 mm and 10 mm. A layer thickness of around 1.5 mm has established itself as the standard.

Auf dieser im Hinblick auf die optimale Wärmeübertragung auf das zu erwärmende Fluid ausgelegte Wärmeverteilschicht 62 ist eine integrierte Isolierschicht 64 aufgebracht, die typischer Weise eine Schichtstärke von 75 µm bis 200 µm aufweist und aus einem elektrisch gut isolierenden Material, vorzugsweise Kunststoff besteht. Auf dieser Isolierschicht 64 wird dann die den eigentlichen Heizstrang 58, 60 ausbildende Leiterbahn 66 aufgebracht. Diese besteht aus einem durch Ätzen oder Fräsen bearbeitbaren Material, wie beispielsweise aus Kupfer, Zink, Silber, Gold oder Nickel, wobei Kupfer bevorzugt ist.On this heat distribution layer designed with a view to optimal heat transfer to the fluid to be heated 62 is an integrated insulating layer 64 applied, which typically has a layer thickness of 75 microns to 200 microns and consists of an electrically good insulating material, preferably plastic. On this insulating layer 64 then becomes the actual heating section 58 , 60 training track 66 upset. This consists of a material that can be machined by etching or milling, such as copper, zinc, silver, gold or nickel, with copper being preferred.

Wie in der DE 10 2018 106 354 A1 erläutert, wird zunächst eine Leiterbahnschicht vollflächig aufgetragen und dann die im Folgenden noch näher erläuterte mäanderförmige oder bifilare Struktur der Heizstränge 58, 60 und die zu den vorgenannten Bauelementen/Schaltelementen führenden Leiterbahnabschnitte durch einen Ätzvorgang erzeugt, so dass sich die in den 4 und 6 angedeutete Heizstrangstruktur ergibt.Like in the DE 10 2018 106 354 A1 explained, a conductor track layer is first applied over the entire surface and then the meander-shaped or bifilar structure of the heating strands explained in more detail below 58 , 60 and the conductor track sections leading to the aforementioned components / switching elements are produced by an etching process, so that the in the 4th and 6th indicated heating line structure results.

Zur elektrischen Isolierung und als Feuchtigkeitsschutz kann dann auf diese geätzte IMS-Leiterplatte 14 in einem weiteren Arbeitsschritt eine Isolierschicht, beispielsweise eine Schicht aus Lötstopplack 68 aufgetragen werden, die die Leiterbahnstruktur überdeckt. Dabei werden solche Bereiche ausgespart, auf die in einem folgenden Bestückungsarbeitsgang - beispielsweise im SMD-Verfahren - die oben genannten Schaltelemente 42, 44 und elektronischen Bauteilte 54, 56 aufgebracht werden. Nach dieser Bestückung gemäß einem Bestückungsplan erfolgt dann in einem vierten Arbeitsschritt die Ausbildung der Außenform der IMS-Platine 14 durch Stanzen, Fräsen und/oder Aussägen.This etched IMS circuit board can then be used for electrical insulation and moisture protection 14th In a further work step, an insulating layer, for example a layer of solder mask 68 are applied, which covers the conductor track structure. Such areas are left out on which the above-mentioned switching elements in a subsequent assembly operation - for example in the SMD process 42 , 44 and electronic components 54 , 56 be applied. After this assembly according to an assembly plan, the formation of the external shape of the IMS board then takes place in a fourth work step 14th by punching, milling and / or sawing out.

Die Struktur der Heizstränge 58, 60 ist im Hinblick auf die gewünschte Heizleistung ausgelegt. Dabei bestimmt sich der Heizwiderstand der beiden Heizstränge 58, 60 im Wesentlichen aus dem Material, der Länge und dem Querschnitt der beispielsweise mäanderförmig oder bifilar angeordneten Leiterbahnen 66. Dementsprechend wird die Leiterbahnbreite b und die Schichtdicke d der Leiterbahn 66 und deren Länge so gewählt, dass sich der für die vorbestimmte Heizleistung erforderliche Heizwiderstand ergibt. Dabei kann der Heizwiderstand auch durch Variation des Querschnittes (b, d) örtlich verändert werden. Durch diese lokale Variation des Heizwiderstandes können bewusst Hotspots generiert werden, die eine Art Sicherung ausbilden und bei einer übermäßigen Temperaturentwicklung oder Bestromung aufschmelzen. Ebenso können lokal Zonen mit weniger Leiterbahnen, somit geringerer Leistungsdichte erzeugt werden. Einen Einfluss auf die Leistungsdichte hat auch die Beabstandung a der einzelnen Leiterbahnen 66 der Mäanderstruktur.The structure of the heating strands 58 , 60 is designed with regard to the desired heating output. The heating resistance of the two heating lines is determined here 58 , 60 essentially from the material, the length and the cross section of the conductor tracks arranged, for example, in a meandering or bifilar manner 66 . The conductor track width b and the layer thickness d of the conductor track are correspondingly 66 and their length selected so that the heating resistance required for the predetermined heating output results. The heating resistance can also be changed locally by varying the cross-section (b, d). This local variation of the heating resistance can deliberately generate hotspots that form a kind of fuse and melt when there is an excessive temperature development or current supply. Likewise, zones with fewer conductor tracks, thus lower power density, can be generated locally. The spacing a of the individual conductor tracks also has an influence on the power density 66 the meander structure.

6 zeigt den prinzipiellen Aufbau des mit einer größeren Heizleistung ausgeführten Heizkreises 24, der im Prinzip aus zwei Heizsträngen 58a, 58b besteht, die über die oben genannten Schaltelemente 42, 44 und elektronischen Bauteile 54, 56 individuell oder aber auch gemeinsam ansteuerbar sind. Wie erläutert, ist jeder Heizstrang 58a, 58b bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine mäanderförmige Leiterbahn 66 ausgebildet, wobei jeweils längere Leiterbahnabschnitte 70, 72 über Umlenkungen 74 mit einander verbunden sind. 6th shows the basic structure of the heating circuit with a higher heating output 24 , which in principle consists of two heating strands 58a, 58b, which via the above-mentioned switching elements 42 , 44 and electronic components 54 , 56 can be controlled individually or together. As explained, each heating strand 58a, 58b in this exemplary embodiment is formed by a meandering conductor track 66 formed, with longer conductor track sections 70 , 72 via diversions 74 are connected to each other.

Selbstverständlich können, wie vorstehend erwähnt, anstelle der mäanderförmigen Struktur auch andere Strukturen, beispielsweise in Parallel- oder Serienschaltung angeordnete parallele Leiterbahnen, bifilare Strukturen oder Mischformen dieser Strukturen verwendet werden. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Umlenkungen 74 als quer zu den Leiterbahnabschnitten 70, 72 verlaufende gerade Elemente ausgeführt. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Umlenkungen 74 verrundet (siehe auch gestrichelte Linie in 6).Of course, as mentioned above, instead of the meandering structure, other structures can also be used, for example parallel conductor tracks arranged in parallel or in series, bifilar structures or mixed forms of these structures. The in 6th The illustrated embodiment are the deflections 74 than across the conductor track sections 70 , 72 running straight elements. The in 4th The embodiment shown are the deflections 74 rounded (see also dashed line in 6th ).

Der einzelne Heizstrang 60 des zweiten Heizkreises 26 hat einen entsprechenden Aufbau, wobei die Heizleistung der einzelnen Heizstränge 58a, 58b und 60 beim dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechend der gewünschten maximalen Heizleistung ausgelegt wird.The single heating line 60 of the second heating circuit 26th has a corresponding structure, the heating output of the individual heating lines 58a, 58b and 60 being designed in accordance with the desired maximum heating output in the illustrated embodiment.

7 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A in 1. In dieser Schnittdarstellung sieht man Umfangswandungen des Mittelteils 4, auf die dichtend der obere Deckel 6 und der untere Deckel 8 aufgesetzt sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel trägt das Mittelteil 4 eine gemäß den vorstehenden Ausführungen ausgebildete IMS-Platine 14, die mit zumindest einem Heizkreis ausgeführt ist und zusätzlich noch Komponenten der Steuer- und Leistungselektronik tragen kann. Diese Platine 14 ist in dem Bereich angeordnet, der von dem oberen Deckel 6 überstreckt wird. 7th shows a section along the line AA in 1 . In this sectional view you can see the circumferential walls of the middle part 4th on which the upper lid is sealed 6th and the lower lid 8th are put on. In the illustrated embodiment, the middle part carries 4th an IMS board designed as described above 14th , which is designed with at least one heating circuit and can also carry components of the control and power electronics. This board 14th is located in the area leading from the top lid 6th is overstretched.

In dem vom unteren Deckel 8 überstreckten Bereich ist eine weitere Platine 14' ausgebildet, die entsprechend der Platine 14 mit einem Heizkreis und/oder sonstigen Komponenten der Steuer- und/oder Leistungselektronik ausgeführt sein kann. Prinzipiell ist es auch möglich, die Platine 14 mit mehreren Heizkreisen als „Heizplatine“ auszulegen, während die weitere Platine 14' die zur Steuerung und Regelung erforderlichen elektronischen Bauelemente, d.h. die Komponenten der Steuer- und Leistungselektronik aufnimmt, so dass jede Platine 14, 14' im Hinblick auf die jeweilige Funktion (Heizung - Steuerung, Regelung) optimiert ist. Die Platinen 14, 14' sind über geeignete Dichtelemente 76, 78 dichtend am Mittelteil 4 gehalten, so dass durch die Platinen 14, 14' und das Mittelteil 4 ein Fluidraum 80 ausgebildet wird, der von dem zu erwärmenden Fluid durchströmt wird oder in dem das zu erwärmende Fluid aufgenommen ist. Die erfindungsgemäßen Platinen 14, 14' begrenzen somit den Fluidraum 80 direkt. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu der Lösung gemäß der DE 10 2018 106 354 A1 , bei der die Platine an die Umfangswandungen des Fluidraumes angesetzt wird, so dass kein direkter Wärmeeintrag von der Platine in das Fluid erfolgt.In the one from the lower lid 8th In the overstretched area, a further plate 14 'is formed which corresponds to the plate 14th can be designed with a heating circuit and / or other components of the control and / or power electronics. In principle it is also possible to use the board 14th to be designed with several heating circuits as a “heating board”, while the further board 14 'accommodates the electronic components required for control and regulation, ie the components of the control and power electronics, so that each board 14th , 14 'is optimized with regard to the respective function (heating - control, regulation). The boards 14th , 14 'are via suitable sealing elements 76 , 78 sealing on the middle part 4th held so by the sinkers 14th , 14 'and the middle section 4th a fluid space 80 is formed through which the fluid to be heated flows or in which the fluid to be heated is received. The boards according to the invention 14th , 14 'thus delimit the fluid space 80 directly. This is an essential difference from the solution according to DE 10 2018 106 354 A1 , in which the board is attached to the circumferential walls of the fluid space, so that no direct heat input from the board into the fluid occurs.

Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ragt in den Fluidraum 80 der eingangs genannte Temperatursensor 82 hinein. Zu sehen ist auch das Druckausgleichselement 20, das in der Darstellung gemäß 7 lediglich bespielhaft koaxial zur Achse des Temperatursensors 82 verläuft. Wie eingangs erläutert, wird durch dieses optionale Druckausgleichselement 20 sichergestellt, dass Druckschwankungen in den oberhalb bzw. unterhalb des Fluidraums 80 angeordneten Freiräumen 85, 87, die eine Art Elektronikraum bilden, ausgeglichen werden.The in 7th illustrated embodiment protrudes into the fluid space 80 the temperature sensor mentioned at the beginning 82 into it. The pressure compensation element can also be seen 20th , which in the representation according to 7th only exemplary coaxial to the axis of the temperature sensor 82 runs. As explained at the beginning, this is an optional pressure compensation element 20th ensures that pressure fluctuations in the above or below the fluid space 80 arranged free spaces 85 , 87 that form a kind of electronics room.

Die Anordnung der Platinen 14, 14' erfolgt derart, dass die vorbeschriebenen Wärmeverteilschichten 62 den Fluidraum abschnittsweise begrenzen, während die elektronischen Komponenten und die Heizstränge 58a, 58b, 60 mit den Leiterbahnen 66 zu den beiden Freiräumen 85, 87 hin weisend angeordnet sind. Wie vorstehend erwähnt, können in diesen Freiräumen 85, 87 weitere, hier nicht dargestellte Platinen oder sonstige Elemente der Steuer-/Leistungselektronik angeordnet sein.The arrangement of the boards 14th , 14 'takes place in such a way that the previously described heat distribution layers 62 delimit the fluid space in sections, while the electronic components and the heating strands 58a, 58b, 60 with the conductor tracks 66 to the two spaces 85 , 87 are arranged pointing out. As mentioned above, in these spaces 85 , 87 further, not shown here boards or other elements of the control / power electronics can be arranged.

In dem Schnitt gemäß 7 sieht man auch einen Teil des anhand 2 erläuterten Außenraums 28, in dem beispielsweise eine Verkabelung geführt sein kann und der mit den beiden Freiräumen 85, 87 verbunden ist. In dem Fall, in dem der Fluidraum 80 vom Fluid durchströmt wird, können im Bereich des Fluidraums 80 Fluidführungselemente 84 vorgesehen werden (siehe 8).In the cut according to 7th you can also see part of the base 2 explained outside space 28 , in which, for example, cabling can be routed and the one with the two free spaces 85 , 87 connected is. In the case where the fluid space 80 is traversed by the fluid, can in the area of the fluid space 80 Fluid guide elements 84 provided (see 8th ).

Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Fluidraum 80 mittig zwischen den beiden Platinen 14, 14' angeordnet. Prinzipiell ist es auch möglich, die Platinen 180° verdreht zu montieren, so dass die Wärmeverteilschichten 62 jeweils zum oberen Deckel 6 bzw. zum unteren Deckel 8 hin weisen und entsprechend dann mit dem jeweiligen Deckel 6, 8 zwei Fluidräume begrenzt werden, die mit einander in Fluidverbindung stehen. Bei einer derartigen, nicht dargestellten Variante sind dann die Komponenten der Steuer- oder Leistungselektronik und auch die Heizstränge 58a, 58b, 60 zu dem gemeinsamen mittleren Raum zwischen den Platinen 14, 14' hin weisend angeordnet. Dementsprechend müsste dann das Druckausgleichselement 20 in Wirkverbindung mit dem mittleren Raum stehen, während der Temperatursensor 82 zumindest in einem der von den Deckeln 6, 8 begrenzten Räumen angeordnet sein müsste.The in 7th The illustrated embodiment is the fluid space 80 in the middle between the two boards 14th , 14 'arranged. In principle, it is also possible to mount the circuit boards rotated by 180 ° so that the heat distribution layers 62 each to the upper lid 6th or to the lower cover 8th point out and then accordingly with the respective cover 6th , 8th two fluid spaces are limited which are in fluid communication with each other. In such a variant, not shown, the components of the control or power electronics and also the heating lines 58a, 58b, 60 are then to the common central space between the boards 14th , 14 'arranged pointing out. The pressure compensation element would then have to be accordingly 20th are in operative connection with the central room, while the temperature sensor 82 at least in one of the lids 6th , 8th limited spaces.

8 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 7, bei dem die beiden Platinen 14, 14' den mittleren Fluidraum 80 abschnittsweise begrenzen und die beiden Deckel 6, 8 mit den Platinen 14, 14' jeweils einen Freiraum 85, 87 ausbilden. Insofern entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 8 demjenigen gemäß 7. Im Unterschied zu 7 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 an die zum Fluidraum 80 weisenden Wärmeverteilschicht der Platinen 14, 14' jeweils ein Fluidführungselement 84, 84' angesetzt, das zum einen den Wärmeübergang von den vorbeschriebenen Heizsträngen 58a, 58b auf das Fluid verbessert und zum anderen zur Strömungsführung dient. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fluidführungselemente 84, 84' aus einem Material mit einer guten Wärmeleitung, beispielsweise aus Aluminium ausgeführt und werden direkt wärmeleitend an die Wärmeverteilschicht 62 der jeweiligen Platine 14, 14' angesetzt. 8th shows a variant of the embodiment according to 7th , where the two boards 14th , 14 'the middle fluid space 80 delimit in sections and the two lids 6th , 8th with the boards 14th , 14 'each have a free space 85 , 87 form. In this respect, the exemplary embodiment corresponds to FIG 8th according to that 7th . In contrast to 7th is in the embodiment according to 8th to the fluid space 80 facing heat distribution layer of the circuit boards 14th , 14 'each have a fluid guide element 84 , 84 ', which on the one hand improves the heat transfer from the previously described heating strands 58a, 58b to the fluid and on the other hand serves to guide the flow. In the illustrated embodiment, the fluid guide elements 84 , 84 'made of a material with a good Thermal conduction, for example made of aluminum, and are directly thermally conductive to the heat distribution layer 62 of the respective board 14th , 14 'set.

Das Fluidführungselement 84, 84' ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer zum Fluidraum 80 hin weisenden durchgehenden Bodenplatte 86 ausgebildet, aus der heraus sich zur Platine 14, 14' hin Vorsprünge 88 erstrecken, so dass zwischen benachbarten Vorsprüngen das Fluid führende Kanäle 90 ausgebildet werden. Die Strömungsführung ist dabei so gewählt, dass beispielsweise der Zulauf zum Fluidheizer 1 in Fluidverbindung mit den Kanälen 90 steht, so dass die Strömung in den Kanälen 90 - wie in 8 angedeutet - vom Betrachter weg erfolgt und dann über geeignete, nicht dargestellte Umlenkungselemente umgelenkt wird, so dass die Strömung im Fluidraum 80 zum Betrachter hin erfolgt. Selbstverständlich ist auch eine andere Strömungsführung realisierbar. Wie erläutert, wird die auf das Fluid zu übertragende Wärme Q in Pfeilrichtung von der Platine 14, 14' über das jeweilige Fluidführungselement 84, 84' auf das im Fluidraum 80 aufgenommene Fluid übertragen.The fluid guiding element 84 , 84 'is in the illustrated embodiment with one to the fluid space 80 pointing continuous base plate 86 formed, from which out to the circuit board 14th , 14 'towards protrusions 88 extend so that the fluid-leading channels between adjacent projections 90 be formed. The flow guidance is chosen so that, for example, the inlet to the fluid heater 1 in fluid communication with the channels 90 stands so that the flow in the channels 90 - as in 8th indicated - takes place away from the viewer and is then deflected via suitable deflection elements, not shown, so that the flow in the fluid space 80 takes place towards the viewer. Of course, a different flow guide can also be implemented. As explained, the heat Q to be transferred to the fluid is in the direction of the arrow from the circuit board 14th , 14 'via the respective fluid guide element 84 , 84 'to the one in the fluid space 80 transferred fluid absorbed.

Wie bereits im Zusammenhang mit 7 erläutert, können die Platinen 14, 14' auch um 180° verdreht eingebaut werden, so dass die Fluidführungselemente 84, 84' zum jeweiligen Freiraum 85 bzw. 87 hin weisend angeordnet sind und diese dann entsprechend Fluidräume ausbilden, während der mittige Raum 80 der Elektronikraum ist, der gegenüber dem Fluidräumen abgedichtet ist.As in connection with 7th explained, the boards can 14th , 14 'can also be installed rotated by 180 °, so that the fluid guide elements 84 , 84 'to the respective space 85 or. 87 are arranged pointing out and these then form corresponding fluid spaces, while the central space 80 is the electronics space, which is sealed off from the fluid spaces.

9 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel eines Fluidführungselementes 84. Wie ausgeführt, hat dieses eine Bodenplatte 86, aus der heraus sich die Vorsprünge 88 erstrecken. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel haben diese jeweils einen etwa tropfenförmigen, die Umströmung optimierenden Querschnitt 94. Das in 9 dargestellte Fluidführungselement 84 ist aus einer Aluminiumlegierung, beispielsweise im Druckguss- oder Fließpressverfahren hergestellt. 9 shows a specific embodiment of a fluid guide element 84 . As stated, this has a base plate 86 from which the projections emerge 88 extend. In the illustrated embodiment, these each have an approximately teardrop-shaped cross-section that optimizes the flow around them 94 . This in 9 fluid guide element shown 84 is made of an aluminum alloy, for example in the die casting or extrusion process.

Wie vorstehend erläutert, liegen die Vorsprünge 88 mit ihren tropfenförmigen Stirnflächen auf der Wärmeverteilschicht 62 der jeweiligen Platine 14, 14' auf, wobei vorzugsweise eine dichtende Anlage gewählt wird, so dass eine definierte Strömung innerhalb der Kanäle 90 gewährleistet ist. Eine gewisse Undichtigkeit ist im Prinzip jedoch unproblematisch. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Abdichtung des Fluidraums 80 gegenüber den Freiräumen 85, 87 und dem Außenraum 28 durch geeignete Dichtelemente 76, 78.As explained above, the projections lie 88 with their teardrop-shaped end faces on the heat distribution layer 62 of the respective board 14th , 14 ', a sealing system preferably being selected so that a defined flow within the channels 90 is guaranteed. In principle, however, a certain amount of leakage is not a problem. The fluid space is also sealed in this exemplary embodiment 80 compared to the open spaces 85 , 87 and the outside space 28 through suitable sealing elements 76 , 78 .

Wie ausgeführt, besteht eine erfindungsgemäße Besonderheit darin, dass zum einen die Platinen 14, vorzugsweise IMS-Platinen 14, 14' als Heizelemente ausgeführt sind und zum anderen einen Teil eines das erwärmende Fluid aufnehmenden Fluidraums begrenzen. Anhand der 10a, 10b werden Weiterbildungen dieses Konzeptes erläutert.As stated, a special feature according to the invention is that, on the one hand, the boards 14th , preferably IMS boards 14th , 14 'are designed as heating elements and, on the other hand, delimit part of a fluid space that receives the heating fluid. Based on 10a , 10b further developments of this concept are explained.

10a zeigt eine Variante, bei der in Randbereichen einer Platine 14 die Wärmeverteilschicht 62 etwas zurückgestuft ist, so dass dieser zurückgestufte Bereich, wie in 10a gestrichelt angedeutet, zur Ausbildung von Anschlussfahnen oder sonstigen Funktionselementen nach oben in Richtung der die Leiterbahn 66 aufnehmenden Seite aufgebogen werden kann. Dieses Umbiegen erfolgt vorzugsweise partiell lediglich in denjenigen Bereichen, in denen derartige Funktionselemente, beispielsweise Anschlussfahnen ausgebildet sein müssen. Im letztgenannten Fall kann sich ein Leiterbahnendabschnitt 66' bis in den freigeschnittenen oder entsprechend der auszubildenden Anschlussfahne begrenzten Bereich hinein erstrecken, der in einem folgenden Arbeitsgang zur Anschlussfahne umgebogen wird. 10a shows a variant in which in the edge areas of a board 14th the heat distribution layer 62 somewhat demoted, so this demoted area, as in 10a indicated by dashed lines, for the formation of connecting lugs or other functional elements upwards in the direction of the conductor track 66 receiving side can be bent up. This bending is preferably carried out partially only in those areas in which such functional elements, for example terminal lugs, have to be formed. In the latter case, a conductor track end section can be 66 ' extend into the cut-free area or the area delimited according to the connection lug to be formed, which area is bent over to form the connection lug in a subsequent operation.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann auch ein Heizstrang vollständig oder abschnittsweise in dem umgebogenen Bereich ausgebildet sein, wobei dann die Kontaktierung vorzugsweise über die Leiterbahn 66 erfolgt. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ist somit der Heizstrang auch in den schmaleren umgebogenen Seitenwandungen des Fluidkanals ausgebildet. Selbstverständlich kann auch bei einem derartigen Ausführungsbeispiel die Kontaktierung über aus dieser umgebogenen Seitenwandung herausgebogene Kontaktfahnen erfolgen, in deren Bereich dann jeweils wieder ein Leiterbahnendabschnitt (66') endet.In a further development of the invention, a heating section can also be formed completely or in sections in the bent area, in which case the contact is preferably made via the conductor track 66 he follows. In such an exemplary embodiment, the heating section is thus also formed in the narrower, bent-over side walls of the fluid channel. Of course, in such an exemplary embodiment, the contact can also be made via contact lugs bent out of this bent side wall, in the area of which a conductor track end section ( 66 ' ) ends.

In 10b ist dieses Konzept dahingehend weitergeführt, dass die geschwächten Randbereiche der Wärmeverteilschicht 62 wesentlich größere Abmessungen haben, so dass durch entsprechendes zweifaches Umbiegen um 90° Seitenwandungen 96 und Deckwandungen 98, 100 ausgebildet werden, die dann gemeinsam zumindest abschnittsweise Umfangswandungen des Fluidraums 80 ausbilden. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel wäre dann lediglich eine Platine 14 mit einem erfindungsgemäßen Heizkreis 24, 26 ausgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch die beschriebenen Umbiegungen der Umfang eines Fluidkanals zumindest abschnittsweise ausgebildet. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine offene Struktur, beispielsweise durch Umbiegen von Seitenwandungen 96 auszubilden und dann die Deckwandung als besonderes Bauelement auszuführen. Wie vorstehend erläutert, können sich Leiterbahnabschnitte oder Leiterbahnendabschnitte auch in die umgebogenen Bereiche hinein erstrecken, um dann eine Kontaktierung mit sonstigen Bauelementen zu ermöglichen.In 10b this concept is continued to the effect that the weakened edge areas of the heat distribution layer 62 Have much larger dimensions, so that side walls can be formed by bending them twice by 90 ° 96 and cover walls 98 , 100 are formed, which then jointly at least partially circumferential walls of the fluid space 80 form. In such an exemplary embodiment, there would then only be a circuit board 14th with a heating circuit according to the invention 24 , 26th executed. In this exemplary embodiment, the circumference of a fluid channel is formed at least in sections by the bends described. Of course, it is also possible to have an open structure, for example by bending over side walls 96 train and then run the top wall as a special component. As explained above, conductor track sections or conductor track end sections can also extend into the bent areas in order then to enable contact to be made with other components.

Die IMS-Platinen können auch mehrlagig ausgeführt werden, so dass jeweils durch Isolationsschichten getrennte, übereinanderliegende Leiterbahnschichten ausgebildet werden, die dann jeweils Teil eines Heizstranges/Heizkreises und/oder der Steuer- oder Leistungselektronik ausbilden. Dabei kann beispielsweise ein passives Sensorelement integriert sein, wobei eine Leiterbahnschicht zur Stromverteilung und die andere Leiterbahnschicht im Wesentlichen als Heizstrang ausgeführt sind. Prinzipiell können jedoch auch mehrere Schichten als Heizstrang ausgebildet sein, wobei die jeweilige Heizleistung durch Variation des Querschnittes, insbesondere der Leiterbahndicke d angepasst wird.The IMS boards can also have multiple layers, so that in each case separated, superposed conductor track layers are formed by insulating layers, which then each form part of a heating strand / heating circuit and / or the control or power electronics. In this case, for example, a passive sensor element can be integrated, one conductor track layer for current distribution and the other conductor track layer being designed essentially as a heating strand. In principle, however, several layers can also be designed as a heating strand, the respective heating power being adapted by varying the cross section, in particular the conductor track thickness d.

Prinzipiell kann der Fluidraum 80 bei derartigen Varianten auch einerseits von einer einlagigen Platine und andererseits von einer mehrlagigen Platine mit Heiz- oder Stromverteilungsfunktion begrenzt sein.In principle, the fluid space 80 in such variants it can also be limited on the one hand by a single-layer board and on the other hand by a multi-layer board with a heating or power distribution function.

Offenbart sind eine Platine mit einem aus Leiterbahnen gebildeten Heizstrang und ein mit einer derartigen Platine ausgeführter Heizer.Disclosed are a circuit board with a heating strand formed from conductor tracks and a heater designed with such a circuit board.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
FluidheizerFluid heater
22
Gehäusecasing
44th
MittelteilMiddle part
66th
Deckel obenLid on top
88th
Deckel untenLid at the bottom
1010
FluidanschlussFluid connection
1212th
FluidanschlussFluid connection
1414th
Platinecircuit board
1616
NiedervoltsteckerLow voltage plug
1818th
HochvoltsteckerHigh voltage plug
2020th
DruckausgleichselementPressure compensation element
2222nd
ElektronikraumElectronics room
2424
HeizkreisHeating circuit
2626th
HeizkreisHeating circuit
2828
AußenraumOutside space
3030th
DichtkonturSealing contour
3232
GewindebohrungThreaded hole
3434
AnschlussfahneConnection lug
3636
AnschlussfahneConnection lug
3838
AnschlussfahneConnection lug
4040
AnschlussfahneConnection lug
4242
SchaltelementSwitching element
4444
SchaltelementSwitching element
4646
Anschlussconnection
4848
Anschlussconnection
5050
Anschlussconnection
5252
Anschlussconnection
5353
Anschlussconnection
5454
elektronisches Bauelementelectronic component
5656
elektronisches Bauelementelectronic component
5858
HeizstrangHeating line
6060
HeizstrangHeating line
6262
WärmeverteilschichtHeat distribution layer
6464
IsolierschichtInsulating layer
6666
LeiterbahnTrack
66'66 '
LeiterbahnendabschnittTrack end section
6868
LötstopplackSolder mask
7070
LeiterbahnabschnittTrack section
7272
LeiterbahnabschnittTrack section
7474
UmlenkungRedirection
7676
DichtelementSealing element
7878
DichtelementSealing element
8080
FluidraumFluid space
8282
TemperatursensorTemperature sensor
8484
FluidführungselementFluid guide element
8585
Freiraumfree space
8686
BodenplatteBase plate
8787
Freiraumfree space
8888
Vorsprunghead Start
9090
Kanalchannel
9494
Querschnittcross-section
9696
SeitenwandungSidewall
9898
DeckenwandungCeiling wall
100100
DeckenwandungCeiling wall

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Claims (11)

Platine mit zumindest einer Leiterbahn (66), gekennzeichnet durch zumindest einen Heizstrang (58, 60), der durch die mit einem subtraktiven Verfahren ausgeformte Leiterbahn ausgebildet ist und der auf eine vorbestimmte Heizleistung zur Erwärmung eines Fluids ausgelegt ist und mit einer Wärmeverteilschicht (62) zur Wärmeübertragung auf das Fluid.Board with at least one conductor track (66), characterized by at least one heating strand (58, 60) which is formed by the conductor track formed using a subtractive process and which is designed for a predetermined heating power for heating a fluid and with a heat distribution layer (62) for heat transfer to the fluid. Platine nach Patentanspruch 1, mit einer Steuerschaltung und/oder einer Leistungselektronik, die mit dem Heizstrang (58, 60) in Wirkverbindung steht oder der eine weitere Leiterbahn zugeordnet ist.Board after Claim 1 , with a control circuit and / or power electronics which are in operative connection with the heating section (58, 60) or to which a further conductor track is assigned. Platine nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Heizstrang (58, 60) durch Leiterbahnen (66) gebildet ist, deren Querschnitt, Länge und Material entsprechend des für die Heizleistung erforderlichen Heizwiderstandes ausgelegt ist.Board after Claim 1 or 2 , wherein the heating strand (58, 60) is formed by conductor tracks (66), the cross-section, length and material of which is designed according to the heating resistance required for the heating output. Platine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei benachbart zur Wärmeverteilschicht (62) ein Fluidführungselement (84) ausgebildet ist.Board according to one of the preceding claims, wherein a fluid guide element (84) is formed adjacent to the heat distribution layer (62). Platine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei auf dieser mehrere Heizstränge (58, 60) ausgebildet sind.Board according to one of the preceding claims, a plurality of heating strands (58, 60) being formed thereon. Platine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei diese mehrlagig ausgebildet ist und in jeder Lage zumindest ein Heizstrang (24, 26) und/oder eine die Steuerschaltung oder die Leistungselektronik ausbildende Schaltung vorgesehen sind.Board according to one of the preceding claims, wherein it is designed in multiple layers and at least one heating section (24, 26) and / or a circuit forming the control circuit or the power electronics are provided in each layer. Platine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Heizstrang (58, 60) durch zumindest eine mäanderförmig oder bifilar ausgebildete Leiterbahn (66) gebildet ist.Board according to one of the preceding claims, wherein the heating section (58, 60) is formed by at least one meander-shaped or bifilar conductor track (66). Platine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei diese eine IMS-Platine (14, 14') ist.Board according to one of the preceding claims, wherein this is an IMS board (14, 14 '). Platine nach Patentanspruch 8, wobei Funktionselemente durch Umbiegen von Laschen oder Randabschnitten der Platine (14, 14') ausgebildet sind, wobei zumindest die Leiterbahn (66) oder ein Leiterbahnendabschnitt (66') zur Ausbildung einer Kontaktfahne oder eines Heizstrangs/Heizstrangabschnitts in den umgebogenen Bereich hineingeführt ist.Board after Claim 8 , wherein functional elements are formed by bending over tabs or edge sections of the board (14, 14 '), at least the conductor track (66) or a conductor track end section (66') being led into the bent area to form a contact tab or a heating strand / heating strand section. Heizer mit einem Heizelement, das ausgelegt ist, ein einen Fluidraum (80) durchströmendes oder in diesem aufgenommenes Fluid zu erwärmen, gekennzeichnet durch zumindest eine Platine (14) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche.Heater with a heating element which is designed to heat a fluid flowing through a fluid space (80) or received therein, characterized by at least one circuit board (14) according to one of the preceding claims. Heizer nach Patentanspruch 10, wobei die Platine (14) den Fluidraum (80) abschnittsweise begrenzt.Heater after Claim 10 , wherein the circuit board (14) delimits the fluid space (80) in sections.
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